超低功率微控制器是可攜式裝置動作控制的理想選擇

可攜式和電池供電裝置隨處可見，且其對常用功能的控制能力不斷增加。掃地機器人具備機械動作和方向控制馬達，即為良好一例。雖然目前看起來這些都是平常的功能，但這些小機器人內部的電子元件不斷將設計推向小尺寸、重量、電源效率的極限，同時納入完整的處理工具。

若將許多必要的電子元件封裝入單一 IC 中會有極大好處。Analog Devices 的 MAX32672GTL+ 就是如此。這是一款超小型、超低功率、高度整合的 32 位元微控制器，專為電池供電裝置和無線感測器所設計。其納入一個強大的 ARM Cortex M4 處理器和一個浮點單元 (FPU)，由於具備複雜的感測器處理能力和最佳電池壽命，很適合上文提及的裝置設計。

正如您所想的一樣，MAX32672GTL+ 的應用包括動作／馬達控制、工業感測器和電池供電的醫療裝置。其應用還可延伸到光通訊模組和安全無線電數據機控制器。

MAX32672GTL+ 的功能方塊圖揭示此小功率裝置的多功能性 (圖 1)。

圖 1：MAX32672GTL+ 微控制器的方塊圖顯示其強大功能和靈活性，包含 Arm M4 核心到大量記憶體、安全性、電源管理和 I/O 支援。(圖片來源：Analog Device Inc.)

MAX32672GTL+ 的記憶體整合 1 Mbyte 的快閃記憶體和 200 Kbytes 的 SRAM。內部快閃記憶體具有錯誤校正功能，用於非揮發程式和資料儲存。組織成兩個大小相同的記憶庫，允許針對即時韌體更新進行寫入時執行 (execute-while-write) 作業。

內部 200 Kbyte SRAM 支援應用資訊和相關資料的低功率保留。針對增強系統可靠性，SRAM 可配置為 160 Kbyte，具有單錯誤校正和雙錯誤檢測 (SEC–DED) 碼，以便保護儲存裝置免於資料損壞。錯誤校正碼很重要：在整個快閃記憶體、RAM、快取上實作，可確保在惡劣環境中能可靠執行編碼。

至於最重要的電源管理和控制，其功能包括多種模式，可提供高效能和低功耗組合。這些包括電源電壓和欠壓監視器，以確保在電源切斷和電源開啟事件，以及意外的電源暫態期間正常運作。

MAX32672GTL+ 包含大量 I/O 頻寬和多重序列 I/O 周邊，包括 I²C、I²S、SPI、UART。雙向 I²C 介面實體可以在 100 kbps 到 3400 kbps 的傳輸速率下運作。SPI 介面的運作速度可達每秒 50 Mbps，並支援四線配置中的全雙工運作。雙向 I²S 音訊匯流排與音訊放大器和編解碼器配合使用。

最後，UART 介面使用附獨立鮑率產生器的兩線或四線匯流排配置，提供全雙工異步序列通訊。低功耗通用異步收發器 (LPUART) 在最低功率睡眠模式下運作，以便在喚醒活動時不會丟失任何資料。

除了序列介面外，周邊組合還包括多達 42 個一般用途 I/O (GPIO) 引腳、多達四個 32 位元計時器、多達兩個低功率 32 位元計時器和一個 12 通道、12 位元連續漸近暫存器 (SAR) 類比數位轉換器 (ADC)。

從純硬體支援的角度來看，序列資料鏈路、I/O 引腳和 ADC 的組合讓 MAX32672GTL+ 成為馬達和其他需要大量資料處理的旋轉機器之強大控制器。

靈活的支援加速控制和機器人設計

沒有良好支援工具，硬體的發揮有限。對 MAX32672GTL+ 而言這不是問題。應用特定的工具包括同時監測類比或數位感測器的能力，以生成脈寬調變訊號並針對正交軸編碼器的資料進行解碼。我非常喜歡馬達控制和機器人應用的特定工具：它們消除很多複雜性，讓啟動設計和執行都更加容易。

正交解碼器介面基於兩相訊號線路 (QEA 和 QEB) 以及軸編碼器的索引訊號 (QEI)，對旋轉機器軸的軸角和轉速進行解碼。使用者可選擇 X1、X2、X4 倒數，用於控制解碼作業的角度解析度。軸旋轉和特定事件 (例如到達預設位置) 由 32 位元位置計數器 (QDEC) 追蹤。QDEC 值表示軸的當下角度位置。其他輸出指示動作、方向和旋轉方向的變化 (圖 2)。

圖 2：正交輸入 QEA 和 QEB (由正交時脈計時) 根據旋轉方向遞增或遞減 QDEC 計數器。輸出訊號指示動作 (QDEC_INTFL)、方向 (QDIR) 和方向變化 (QDEC_INTRL)。(圖片來源：Analog Devices Inc.)

MAX32672GTL+ 採用進階加密標準 (AES) 硬體保護裝置。AES 密鑰由軟體自動生成，並儲存在專用快閃記憶體區域以防止篡改。包括一個真亂數生成器 (TRNG)，為加密種子或強加密密鑰提供亂數，確保資料隱私。

所有這些處理能力都包含在一個尺寸僅為 5 mm x 5 mm x 0.4 mm 的小型 40 引腳 TQFN-EP 封裝中。該元件具有五種不同電源模式，提供極大的操作靈活性，同時最大程度降低功耗。此微控制器採用 1.1 V 電源供電，在主動模式下每 MHz 僅消耗 61.5 mA 電流，最大時脈速度可達 100 MHz。

Analog Devices 的 MAX32672EVKIT# 評估套件是一個平台，用於測量 MAX32672GTL+ 微控制器的功能 (圖 3)。任何想要使用此微控制器的人，都會認為此評估板能協助進行設計開發。

圖 3：Analog Devices 的 MAX32672EVKIT# 評估套件包含一個 MAX32672GTL+，具有預編程示範和存取使用者開發程式的權限。(圖片來源：Analog Devices Inc.)

最初電源開啟時，評估板會執行示範程式。除此之外，評估板透過其內部 I/O 埠提供存取，並具備軟體開發工具包 (SDK)，可自行編寫程式。

結論

MAX32672GTL+ 是小巧、低功率、功能強大、靈活的解決方案，適用於馬達／動作控制、工業感測器和電池供電醫療裝置，例如掃地機器人。加上其評估套件和豐富的工具支援，我認為很快會開發出大量基於此元件的有趣設計。如果您有任何新設計，也歡迎跟我說。